詹丽杏研究组发现炎症性肠病中影响肠道干细胞功能的新机制

来源: 生物360 / 作者: 2021-02-22
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2021 年 2 月 16 日,国际学术期刊 Communications Biology 在线发表了中科院上海营养与健康研究所詹丽杏研究组与同济大学附属第十人民医院刘占举教授共同合作完成的研究成果 “Macrophage-derived EDA-A2 inhibits intestinal stem cells by targeting miR-494/EDA2R/β-catenin signaling in mice”。研究发现了 miR-494-3p 在炎症性肠病发病中发挥重要作用;显示 miR-494 调控肠道隐窝细胞表面的 EDA2R 受体与 M1 型巨噬细胞释放的配体 EDA-A2 结合,从而抑制β-catenin/c-Myc 通路,其干性和上皮细胞修复功能被抑制。该研究为炎性肠病中免疫微环境,尤其是结肠固有层巨噬细胞,调控结肠干细胞功能提供了新的证据, 并为临床检测和治疗提供了新的分子靶标。

炎症性肠病(IBD)代表了一组特发性的慢性肠道炎症,包括两个主要疾病克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC),是世界范围内发病率最高的胃肠道疾病之一。近三十年来,全世界范围内包括中国,IBD 的发病率呈明显上升趋势, 且目前临床上并未找到能有效根治 IBD 的治疗方案。研究表明,IBD 的发病机制复杂:除遗传因素外,免疫微环境、肠道菌群紊乱以及环境中的风险因素均对 IBD 的发生发展有一定的影响。大量研究表明,肠道上皮细胞的屏障功能和隐窝干细胞的自我更新能力在维持肠道稳态,阻挡肠道微生物入侵和损伤修复中发挥重要的作用。另外,肠道作为体内最大的免疫器官,其中的免疫系统在抵御病原微生物和保护肠道上皮细胞中发挥重要作用。因此,肠道上皮细胞、隐窝干细胞以及免疫细胞功能异常均被证实是 IBD 发生发展的重要驱动因素。然而,在 IBD 中,三者之间的 cross-talk 及其机制并不明确。

研究人员对 IBD 模型小鼠肠道隐窝干细胞与肠上皮细胞基因组的 miRNome 检测比对,确认了一个对肠道干细胞功能具有重要作用的 miR-494-3p。利用 qPCR 和 RNA-FISH 验证了 miR-494-3p 在肠炎小鼠结肠组织、结肠隐窝和血清外泌体中低表达。通过收集临床 IBD 活动期患者结肠组织和血清样本,研究人员也发现 miR-494-3p 在 IBD 患者样本中明显低表达且其表达水平与炎性因子 IL-1 和 IL-6 显著负相关,说明 miR-494-3p 表达水平下调与 IBD 密切相关。通过构建 miR-494-/- 小鼠,确认 miR-494 敲除加剧了 DSS 诱导结肠炎的严重性,并降低了结肠隐窝干细胞的增殖和自我更新能力。进一步提取其隐窝干细胞进行类器官培养,发现 miR-494 敲除对肠干细胞的增殖和干性均有抑制作用。结合肠类器官模型及在体研究,研究人员通过高通量测序,鉴别出 IBD 中肠干细胞 miR-494-3p 下调,调控了 EDA2R 这一表面受体,从而影响β-catenin 信号的分子机制。

体外共培养模型发现,在结肠炎环境下,结肠固有层巨噬细胞是 EDA2R 的配体 EDA-A2 的主要来源。研究人员确认了 EDA-A2 在炎症性肠病中由 M1 型巨噬细胞释放。同时,巨噬细胞删除实验结果也发现结肠固有层巨噬细胞删除后,miR-494-3p 敲除无法加剧结肠炎的发生,说明在 miR-494-3p 敲除小鼠结肠炎中,固有层巨噬细胞是重要的驱动因素。此外,本研究发现在 IBD 肠上皮细胞中,miR-494-3p 也可通过靶向 IKKβ,促进 IBD 的经典通路 IKKβ/NF-κB 通路,进一步诱发巨噬细胞趋化和 M1 型转化,并调控 M1 型巨噬细胞释放 EDA-A2,从而介导 IBD 肠道免疫微环境异常。这些结果表明了结肠炎中,miR-494-3p 对结肠具有保护作用;miR-494-3p 的缺失实现了结肠上皮细胞、隐窝干细胞和固有层巨噬细胞之间的 cross-talk 并揭示了其分子机制。miR-494-3p 可能成为诊断和治疗 IBD 的一个新的靶标。

MiRNA 相关药物的主要挑战性工作包括对体内应用增加稳定性以及选择优化药物输送体系。本研究通过化学修饰,如增加 2’甲氧基修饰等技术,构建了一种 miR-494-3p agomir 体内输送体系,提高药物分子的稳定性。体内实验验证了该 miR-494-3p agomir 系统能很好改善 IBD 小鼠症状以及病理改变等多项数据。通过肠类器官技术,也在体进一步验证了 miR-494-3p agomir 对 IBD 肠上皮修复作用与其调控 miR-494/EDA2R/β-catenin 信号具有密切关系。由此发现了 miR-494-3p agomir 药物作为 IBD 治疗的潜在应用价值。

该研究工作主要由詹丽杏研究组博士研究生宋乐乐和常人绪作为共同第一作者合作完成,詹丽杏研究员与刘占举教授为通讯作者,该研究在上海营养与健康研究所公共技术平台以及动物平台的支持下完成。上述研究获得了科技部、基金委等经费的支持。

原文链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33594251

图:IBD 中 M1 型巨噬细胞释放 EDA-A2 调控肠干细胞 miR-494/EDA-A2/β-catenin 信号

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